Modyfikacja Protokołu Indeksu Zagrożenia Erozją Brzegów (BEHI) w celu szybkiej oceny erozji brzegów strumieni w północno-wschodnim Ohio

Cleveland Metro Parks z dumą prezentuje zmodyfikowany protokół wskaźnika zagrożenia erozją brzegową (Bank Erosion Hazard Index – BHI) do szybkiej oceny erozji brzegów strumieni w północno-wschodnim Ohio. Sekcja pierwsza, wprowadzenie. Erozja brzegów strumieni jest procesem naturalnym, jednak nadmierna erozja może być przyczyną znacznego zanieczyszczenia obszarowego przez zawiesinę osadów. Ceniony hydrolog, dr David Roskin z Wildland Hydrology w Kolorado, opracował BHI, czyli wskaźnik zagrożenia erozją brzegową, który wykorzystuje szereg wskaźników do oceny stopnia nasilenia i podatności na erozję brzegów strumieni. Oryginalna metoda BHI, choć użyteczna, może być czasochłonna, trudna dla osób niebędących specjalistami i jest ograniczona do specyficznych środowisk aluwialnych w południowym Kolorado.

Cleveland Metro Parks, system parkowy o powierzchni 23 000 akrów w północno-wschodniej części stanu Ohio, podejmuje próby określenia źródła objętości i tempa erozji brzegów strumieni, aby wspomóc wysiłki w zakresie zarządzania gruntami i ich rewitalizacji. Modyfikacje protokołu Roskinsa adaptują procedury beehive do warunków geomorficznych cieków wodnych w północno-wschodnim Ohio. Wprowadzono dalsze zmiany, aby umożliwić wolontariuszom z zakresu nauki obywatelskiej przeprowadzenie protokołu behi.

W ramach szkolenia wstępnego oceniamy jedynie brzegi, które służą do przekazania dodatkowych informacji na temat oryginalnej procedury BEHI. Należy odnieść się do książki Watershed Assessment of River Stability and Sediment Supply. Sekcja druga dotyczy modyfikacji Raskina do protokołu BEHI; proces ten rozpoczyna się od kwestionariusza wstępnego przesiewowego, który ma na celu zidentyfikowanie i wyeliminowanie brzegów strumieni, które prawdopodobnie otrzymają ocenę bardzo niską lub niską. Dobrze.

Pozwala to skoncentrować uwagę na obszarach o większej erozji i zmniejsza ilość czasu oraz zasobów wymaganych do przeprowadzenia oceny behi na całym odcinku strumienia. Kwestionariusz uwzględnia różnice geologiczne między północno-wschodnim Ohio a południowym Kolorado, odnosząc się do niealuwialnych warunków brzegowych, takich jak erodowalne łupki w Ohio, które nie zostałyby uznane za materiał erodowalny na podstawie pierwotnego protokołu beehive. Rezygnacja z metryki stosunku wysokości brzegu badawczego, w tym poziomu wypełnienia koryta (bank full stage), który może być bardzo trudny do określenia, umożliwiła szybszą ocenę brzegów strumienia oraz pozwoliła osobom bez specjalistycznego wykształcenia na dokładne przeprowadzenie ewaluacji poprzez wyeliminowanie dodatkowych obliczeń w terenie.

Wszystkie pozostałe parametry zmodyfikowano tak, aby były wyrażone w procentach, z wyjątkiem stratyfikacji kąta nachylenia brzegu oraz korekt materiału brzegu. Wyniki zmieniono, aby uwzględnić wprowadzone modyfikacje. Sekcja trzecia, zmodyfikowany kwestionariusz wstępnego przesiewu BHI podobny do oryginalnego protokołu Roskina, zakłada, że zmodyfikowane BHI rozpoczyna się od zidentyfikowania jednolitego odcinka brzegu.

Sekcję tę można wyróżnić na podstawie zmiany nachylenia, przerwy w roślinności lub innego materiału brzegu. Nie określono minimalnej ani maksymalnej długości brzegu. Ekstremalnie długie sekcje można podzielić na mniejsze segmenty.

Nie jest to jednak konieczne. Aby zrealizować zmodyfikowany protokół behi, odcinek strumienia musi spełniać dwa lub więcej z poniższych kryteriów wstępnej selekcji. Jeśli brzeg nie spełnia co najmniej dwóch z nich, nie należy kontynuować protokołu behi, ponieważ erozja zachodzi w niewielkim stopniu lub wcale.

Czy jednolity odcinek skarpy wykazuje stopień ochrony u podstawy równy lub mniejszy niż 50%? Podstawa skarpy znajduje się u jej dołu, w miejscu styku z wodą. Średnio dolne 15–20 cm zabezpieczeń skarpy obejmują zatopione głazy, zatopione duże szczątki drewniane oraz roślinność zakorzenioną.

Skała macierzysta jest uznawana za ochronę stopy skarpy. Jeśli jednak fragmenty skały macierzystej można łatwo odłamać, nie jest ona uznawana za ochronę stopy skarpy. Czy 50% lub więcej brzegu wykazuje podmycie o głębokości pół stopy lub więcej?

Podmyte brzegi wiążą się z wyższym ryzykiem osunięcia ze względu na siły grawitacyjne i naprężenia ścinające, jeżeli 50% lub więcej brzegu wykazuje stratyfikację. Stratyfikacja to wyraźnie zdefiniowane poziome pasmo w geologii, które może powodować powstawanie stref preferencyjnej erozji w brzegach posiadających więcej niż jedną warstwę. Czy w więcej niż połowie przekroju wysokość brzegu wynosi 10 feet lub więcej przy 50% lub większej ekspozycji gleby?

Często jest to oznaką koryta rzeki ulegającego incyzji z utratą bufora nadbrzeżnego. Czy 50% lub więcej brzegu wykazuje obecność korzeni pozbawionych materiału brzegowego? Nadmiar zwisających w strumieniu korzeni może oznaczać aktywną erozję. Czy 50% lub więcej brzegu jest pozbawione roślinności ukorzenionej?

Roślinność z systemem korzeniowym pomaga chronić materiał brzegowy przed siłami erozyjnymi na podstawie wyników kwestionariusza wstępnego, jeśli wymagana jest ocena BHI. Należy odnotować pytania, przy których w arkuszu danych zaznaczono odpowiedź „tak”. Sekcja czwarta, zmodyfikowany arkusz danych BHI.

Data personelu zaangażowanego, informacje o pogodzie i ogólnym obszarze. Numer brzegu to dowolnie przypisany numer referencyjny nadany ocenie stanu brzegu w pobliżu brzegu. Pobierz współrzędne GPS w punktach powyżej i poniżej nurtu.

Wykonaj zdjęcia obu lokalizacji, przedstawiając cechy brzegu i koryta. Brzeg odnosi się do boku strumienia. Oceń brzeg lewy i prawy, ustalając ich stronę, patrząc w kierunku nurtu.

Wysokość brzegu jest pomiarem od stopy do szczytu brzegu. Szczyt można określić poprzez pierwsze zdefiniowalne załamanie i nachylenie. Długość brzegu jest pomiarem pomiędzy najbardziej górnym a najbardziej dolnym punktem podlegającym ocenie.

Należy odnotować odległość do najbliższej infrastruktury oraz typ okręgu. W przypadku obecności wskaźników jakościowych należy zapisać skład materiałów brzegu. Brzegi strumieni mogą składać się z mieszanki różnych materiałów.

Na przykład brzeg może składać się z łupków w stopie i piasku pylastego z domieszką żwiru powyżej; piasek pylasty wskazuje na większą zawartość piasku niż pyłu, a domieszka oznacza niewielką ilość żwiru. Przy klasyfikacji rodzajów materiałów należy stosować następujące kryteria. Korekty materiału brzegowego mogą zostać wprowadzone w celu uwzględnienia różnic w erozji.

W zależności od podatności materiałów na erozję można dodać lub odjąć do 10 punktów. W systemach strumieni częściej spotyka się mieszaniny materiałów, takich jak piasek z domieszką żwiru lub piasek pylasty ze śladową ilością żwiru, dlatego bardziej odpowiednie byłoby zastosowanie korekty średniej. Nie jest to korekta obowiązkowa.

Głębokość korzeni roślin nadbrzeżnych to stosunek średniej głębokości korzeni roślin do wysokości badanego brzegu, wyrażony w procentach. Należy wizualnie oszacować głębokość korzeni w pionie, od górnej krawędzi brzegu do jego podnóża. Na przykład, jeśli korzenie rosną w górnej części brzegu, głębokość korzeni wyniesie 35%. Nie należy uwzględniać korzeni zwisających, które nie są otoczone materiałem brzegu.

Oszacuj wartość procentową w odniesieniu do całego brzegu. Następnie użyj tabeli wyników BHI, aby zapisać wynik w arkuszu danych. Gęstość korzeni to wizualna ocena ilości materiału korzeniowego tworzącego brzeg, wyrażona w procentach.

Nie należy brać pod uwagę korzeni zwisających, które są pozbawione materiału brzegowego. Małe korzenie włókniste mogą być bardzo gęste i zapewniać większą retencję gleby w porównaniu do dużych systemów korzeni palowych. Należy oszacować wartość procentową w odniesieniu do całego brzegu.

Następnie należy odwołać się do tabeli wyników BHI i zapisać dane. Kąt nachylenia brzegu to kąt mierzony od podstawy do szczytu brzegu. Szacuje się, że większe kąty nachylenia brzegu wiążą się z wyższym ryzykiem masowych osuwisk pod wpływem sił grawitacji.

Należy upewnić się, że naprężenia uwzględniają średnią wartość kąta nachylenia brzegu wzdłuż całego badanego odcinka. Na przykład, jeśli odcinek jest w większości nachylony pod kątem 90 stopni, a mały fragment posiada podcięcie o kącie 110 stopni, odnotowana wartość wyniesie około 100 stopni. Kąt należy oszacować na podstawie całego brzegu, korzystając z tabeli wyników w celu określenia wartości zapisanej w dokumentacji.

Ochrona powierzchni to stopień, w jakim brzeg strumienia jest pokryty i chroniony przez zwalone drewno, roślinność zakorzenioną oraz odsłoniętą skałę macierzystą. Jest ona mierzona jako procent brzegu strumienia niepoddanego działaniu sił erozyjnych. Należy oszacować tę wartość procentową w odniesieniu do całego brzegu.

Następnie należy wykorzystać tabelę wyników, aby odnotować stratyfikację wartości. Można wprowadzić korekty w przypadku wystąpienia zwiększonej erozji spowodowanej warstwami stratyfikacyjnymi. Za jedną warstwę można dodać do 5 punktów, a za wiele warstw stratyfikacji do 10 punktów.

Koryguj o stratyfikację tylko wtedy, gdy co najmniej jedna warstwa materiału jest erozyjna, np. piasek lub żwir. Weź pod uwagę położenie warstw stratyfikacyjnych względem poziomu wody. Warstwy stratyfikacyjne znajdujące się znacznie powyżej poziomu wody mogą nie wywierać wpływu erozyjnego.

Warstwy uwarstwione w pobliżu stopy mogą mieć niezwykle silny efekt erozyjny. Nie jest to korekta obowiązkowa. Zsumuj wszystkie punkty, aby określić ogólną ocenę B.High.

Zapis bardzo niski, niski, umiarkowany, wysoki, bardzo wysoki lub ekstremalny. Całkowita ocena i klasyfikacja w zapisach notatek są specyficzne dla danego odcinka i brzegu, na przykład gdy brzeg rzeki znajduje się na zewnętrznej stronie zakola. Zatory z dużych zwalonych pni drzew, uszkodzenia infrastruktury, silny połysk produktów naftowych lub wodny film.

Sekcja pięć: reprezentatywne wyniki. Brzegi strumieni, które przeszły wstępny kwestionariusz przesiewowy i nie zostały ocenione za pomocą naszej zmodyfikowanej metody BHI, otrzymały ocenę niską lub bardzo niską podczas oceny zgodnie z oryginalnym protokołem Rogana. 16 z 18 brzegów strumieni ocenionych obydwoma protokołami uzyskało taką samą końcową ocenę.

Ten konkretny bank uzyskał wynik 23,0 przy zastosowaniu zmodyfikowanego protokołu, co jest wartością o 0,5 niższą od punktu odcięcia między umiarkowanym a wysokim wskaźnikiem BHI. Przy zastosowaniu oryginalnego protokołu bank uzyskał wynik 31,25, co oznacza wysoki wskaźnik BHI. Wynik ten mieścił się jednak w granicach 1,25 od punktu odcięcia między poziomem umiarkowanym a wysokim.

Niewielka różnica w końcowej ocenie może wynikać z progów odcięcia w systemie punktowym. Inny brzeg z odmienną oceną BHI stanowiła zwietrzała ściana łupkowa, której nie można było ocenić zgodnie z oryginalnym protokołem BHI, ponieważ skała macierzysta automatycznie otrzymuje bardzo niską ocenę BHI. Jednakże ten brzeg strumienia nie przeszedł wstępnego kwestionariusza ze względu na brak ochrony stopy skarpy.

Wysokość skarpy przekraczała 10 feet, przy czym odsłonięcie gleby wynosiło ponad 50% i ponad 50% skarpy było pozbawione roślinności zakorzenionej. W związku z tym konieczna była ocena z wykorzystaniem zmodyfikowanego protokołu BHI. Ostateczna ocena przeprowadzona zgodnie ze zmodyfikowanym protokołem była ekstremalna, co potwierdza stromy kąt nachylenia skarpy, materiał ekstremalnie podatny na erozję, brak nadbrzeżnego systemu korzeniowego oraz niewielka ilość istniejącej ochrony powierzchniowej.

Podczas oceny ogólnego stanu zdrowia strumienia zaleca się, aby końcowe wyniki liczbowe były traktowane jako najlepiej oddające zakres uzyskanych ocen. Każda ocena reprezentuje. Sekcja szósta.

Podsumowując, zmodyfikowany protokół beehive jest skuteczny w rankingu i priorytetyzacji erozji brzegów strumieni, co pomaga w opracowywaniu strategii zarządzania ciekami wodnymi. Jednakże, ze względu na usunięcie wskaźnika wysokości pełnego przekroju koryta, nasz model nie może być wykorzystany do przewidywania rocznych wskaźników erozji brzegów strumieni. Jeśli pożądanym wynikiem są roczne wskaźniki erozji brzegów strumieni, należy przeprowadzić ocenę brzegów dla modelu skutków osadów z obszarowych źródeł zanieczyszczeń poprzez wprowadzenie odpowiednich modyfikacji.

Skutecznie dostosowaliśmy oryginalny protokół indeksu zagrożenia erozją brzegów opracowany przez dr. Rogana, aby uzyskać wartościowe informacje na temat krajobrazu geomorfologicznego północno-wschodniego Ohio.